摘要：本文简要阐述建筑节能降耗的必要性，将ZigBee技术运用于建筑能耗计量监测系统的搭建，并着重探讨了系统的架构和设计。
1 前言
节能减排作为中国的一项基本国策，是我国当前及未来发展所必须面临并亟待解决的重大问题。在我国，建筑能耗约占总能耗的27%以上。我国国家机关办公建筑和大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但年耗电量却占全国城镇总耗电量的22%以上。开展建筑楼宇节能降耗行动，提高建筑能源利用率是减少能源消耗、保护环境的有效途径之一。建立一套完整的建筑能耗计量监测系统，是实现建筑楼宇节能降耗的必要措施。
本文针对某公共机构的用能情况，利用ZigBee无线通信技术搭建建筑能耗计量监测系统。
2 Zigbee技术简介
Ziggee[1]的基础是IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4 GHz物理层和868／915 MHz物理层，它们都基于DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频)。ZigBee技术特点包括以下几个方面：
1） 省电：由于工作周期很短、收发信息功耗较低，并且采用了休眠模式。
2） 可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。
3） 成本低模块价格低廉，且ZigBee协议是免专利费的。
4） 时延短：针对时延敏感的应用作了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30 ms，休眠激活时延典型值是15 ms，活动设备信道接人时延为15 ms。
5） 网络容量大：ZigBee可以采用星形、网状、串状结构组网，而且可以通过任一节点连接组成更大的网络结构。
6） 自组网功能：ZigBee具有多级路由功能，并且其可根据算法自适应组建网络，即使发生节点损坏的情况其也能立即重新构建网络。
从以上的优点可以看出，ZigBee非常适合于低成本、短距离、多节点、可靠性要求高、低数据流量的通讯系统。
3 计量监测系统的功能
监测系统按功能划分为：数据采集、数据存储、系统应用。
(1)数据采集层。这是监测系统的最底层，指分布于各个监测子项回路的计量及控制设备，这是系统能耗分析数据的来源，是系统的基础。
(2)数据存储层。将监测数据和设备运行状态传输至能源计量监测系统。采集到的能耗数据存储在能源管理工作站，再经过预处理程序，按照分类能耗、分项能耗、分户能耗等实际需要的数据格式永久保存在数据库中。
(3)系统应用层。应用软件层，可实现能耗数据实时巡检、能源消耗监视、能源消耗图形显示、记录打印、报警、趋势分析等功能。
4 计量监测系统的组成
监测系统的架构图如图1所示。建筑能耗计量监测系统由软、硬件两部分组成，其中：硬件主要由各种计量表、能耗数据采集器、ZigBee无线通讯模块、数据服务器等其他一些计量和网络设备构成；系统软件是监控主站软件，软件功能包括参数设置、数据采集、实时监测、数据分析、数据报表等模块。
图 1 系统架构图
4.1数据采集器
图2 数据采集器主要结构图
数据采集器是系统中非常重要的组成部分，也是建筑能耗计量监测系统需要重点解决的关键技术。数据采集器是在一个区域内进行电能和其它能耗信息采集的设备，它通过信道对其管辖范围内的各类表计的信息进行采集、处理和存储，并通过远程信道与数据中心交换数据。
数据采集器通过RS-232、RS-845等数据通信方式与具有数字输出功能的能源计量仪表相连，同时该系统采用C8051F060自带的16位ADC作为模拟信号的前端数据采集器，可实现对具有4~20mA 、0~5V等标准输出的模拟仪表进行数据采集，精度可达千分之一；采集到的数据经MCU处理后经过Zigbee无线模块发送至主站。其中MCU控制系统的采样速率、采样时间间隔、数据发送、校准等设置工作。
4.2系统的软件架构
4.2.1 数据采集器的软件设计
数据采集器采用轮询方式对各个节点进行数据采集，从而可以避免由于多路数据同时传输而引起的通信混乱，确保采集数据的准确性。轮询方式中一般采用被动式，即所有的数据采集操作都是由中心节点（集中采集器）发起，对节点逐个发送数据采集命令，相应节点接收到命令后开始采集命令并上传数据。
4.2.2 监测主站软件功能
建筑能耗计量监测主站主要实现分项能耗数据采集、存储、分析，并实现用能对比、实时报警等功能。
4.2.2.1数据采集
采集数据类型项，系统采集的主要分项用电数据项有电能量数据：照明用电总量、办公用电总量、公共用电总量、电梯用电总量、空调用电总量等；
主站可按采集任务设定的时间间隔自动采集终端数据，自动采集时间、间隔、内容、对象可设置。也可根据实际需要随时人工召测数据。如出现事件告警时，随机召测与事件相关的重要数据，供事件分析使用。
4.2.2.2数据分析
按不同的分项能耗对象进行对比分析，可显示数据列表和图形列表；可以对个用电部门某个时间段内的数据进行分析，显示这个时间段内的变化曲线；对多个用电部门的能耗监测项按照某个时间段进行分析对比；按小时均值、日均值、月均值、季均值、年均值分析；自定分析。
4.2.2.3数据查询
系统支持对整座楼宇内的所有电能量计量设备采集对象的实时数据、历史日数据、历史月数据、三表数据、事件数据、用户信息等进行查询；系统支持表格、图形的多种展现形式；系统提供对楼宇设备档案数据及相应报警事件、操作日志等的数据查询功能。
4 结语
采用ZigBee无线网络作为数据传输网络，使得数据传输更加方便、易实现、能有效提高建筑能耗计量监测系统的搭建效率，大大降低了系统的改造费用，更加适应现场应用需求。通过对建筑耗能全覆盖的采集可以为楼宇的管理者提供更全面、更有效的能耗数据，能真正达到节能增效的目的。
参考文献
[1]冼土明等.基于ZigBee-GPRS 技术的无线传感网络[J].软件2011第32卷第1期：58-60
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